无铅焊点可靠性测试方法
无铅焊点可靠性分析
无铅焊点可靠性分析单位：姓名：时间：无铅焊点可靠性分析摘要：主要介绍了Sn-Ag-Cu合金焊接点发生失效的各种表现形式，探讨失效发生与影响可靠性的各种原因及如保在设计及制程上进行改进以，改善焊点的可靠性，提高产品的质量。
关键词：焊点；失效；质量；可靠性前言：电子产品的“轻、薄、短、小”化对元器件的微型化和组装密度提出了更高的要求。
在这样的要求下，如何保证焊点质量是一个重要的问题。
焊点作为焊接的直接结果，它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。
也就是说，在生产过程中，组装的质量最终表现为焊接的质量。
目前，环保问题也受到人们的广泛关注，在电子行业中，无铅焊料的研究取得很大进展，在世界范围内已开始推广应用，无铅焊料与有铅焊料相比，其润湿性差、焊接温度，形成的焊点外观粗糙等不利因素。
因此对其焊点品质也是一个大家很关注的问题。
中将就Sn-Ag-Cu焊料合金的焊点质量和可靠性问题进行探讨。
一、无铅焊点的外观评价在印刷电路板上焊点主要起两方面作用。
一是电连接，二是机械连接。
良好的焊点就是应该是在电子产品的使用寿命周期内，其机械和电气性能都不发生失效。
良好的焊点外观表现为：（1）良好的润湿；（2）适当的焊料，完全覆盖焊盘和焊接部位；（3）焊接部件的焊点饱满且有顺畅连接的边缘；二、寿命周期内焊点的失效形式产品在其整个寿命期间内各个时期的故障率是不同的, 其故障率随时间变化的曲线称为寿命的曲线, 也称浴盆曲线（见下图）如上图所示，产品寿命的曲线总共分为三个阶段早期故障期，偶然故障期，耗损故障期。
1）、早期故障期：在产品投入使用的初期，产品的故障率较高，且具有迅速下降的特征。
这一阶段产品的故障主要是设计与制造中的缺陷，如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等，产品投入使用后很容易较快暴露出来。
可以通过加强质量管理及采用筛选等办法来减少甚至消灭早期故障。
2）、偶然故障期：在产品投入使用一段时间后，产品的故障率可降到一个较低的水平，且基本处于平稳状态，可以近似认为故障率为常数，这一阶段就是偶然故障期。
无铅焊点的可靠性及其验证试验
无铅焊点的可靠性及其验证试验编辑: panda-liu无铅焊点的可靠性及其验证试验by John H. Lau Agilent Technologies, Inc. EMA摘要本研究中对RoHS符合产品的可靠性进行了研究，重点是无铅焊点的可靠性。
焊料在电子组装中是一个电的和机械的―胶水‖。
无铅焊料提供的特性是否会让业界在未来一直依赖它？本文无法给出结论！然而，我们试图帮助所有从事这项工作的人更好地理解为什么或应该如何去做，以便他们在未来能够找出答案。
引言R oHS中规定禁止使用铅(Pb)，汞(Hg)，镉（Cd），六价铬(Cr6+)，PBB（多溴联苯），PBDE（多溴二苯醚）等6 种有害物质，实施日期是2006年7月1日。
这意味着，从这天起，所有的EEE（电气、电子设备），除那些豁免的之外[1,2,3]，如果他们含有这6种禁用物质，都不能在欧盟市场上销售。
无－X （如无- 铅）的定义是什么？这6种禁用物质在任何一个EEE的均匀材质中所允许的最大浓度值(MCV)已在EU公报上公布，并在2005 年8月18日立法[4]。
它陈述：条款5(1)(a)规定，铅、汞、六价铬、多溴联苯(PBB)，多溴二苯醚（PBDE）均匀材质的MCV 为0.1%重量百分比，镉的MCV为0.01％。
简单地讲，以无铅为例，定义为任何一个EEE在所有的（单个的）均匀材质中，铅含量小于0.1wt%。
什么是均匀材料？它定义为不能进一步分解成不同材料的单一材料。
更多的―均匀材料‖解释，请参看[5]。
本文重点仅讨论Pb有害物质。
当今，焊料合金多半使用的是63Sn37Pb，熔点183℃。
不久前，多于1 0 0种无铅焊料合金存在于世，如[6]中表3.1 所示。
然而，今天电子业界主要的无铅焊料是Sn(3-4)wt%Ag(0.5-0.7)wt%Cu (或简称SAC)，熔点217 ℃，比铅锡焊料合金的熔点高34℃。
印制电路板组装采用SAC焊料（替代SnPb）时，元件和PCB将承受更高的焊接温度，且他们在成本、性能和可靠性方面有很大的不同[10]。
无铅焊点可靠性及验证试验
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接工 艺 。机器 焊 接 工 艺 中 ， 常会 遇 到焊 盘 焊料 不 通
ｊｉ ｒ ｎｒｄ ｃｄ ｈ ｏ ｃｐ ｎ ｅｔ ｔｏ ｆｌａ －ｒｅｊｉｔｒｌ ｂｌｙ ｗｅｅｉｔ ｄ ｃｄ ｆ ｍ ｅｄ ｆ ｅｓｌｅ ｏｎ ｏｎ ｗｅｅｉｔ ｕ ｅ．Ｔ ｅｃｎ ｅｔａ ｄ ｔ ｈ ｄ ｏ ｄ ｆ ｏｎ ｅ ａｉｔ ｔ ｏ ｓ ｍｅ ｅ ｅ ｉ ｉ ｒ ｎｒ ｕｅ ｒ ｌ －ｒ ｏｄｒ ｉｔ ｏ ｏ ａ ｅ ｊ
结 合 目前 的生 产情 况 ， 考 在 该 领 域处 于领 先 参
个 影 响 电气 系统 整 体 寿 命 的 次要 因素 ， 当使 用 国外 地 位 的安捷 伦 、 创力 、 电 、 为 的研究 模式 ， 论 伟 旭 华 讨 进 口的纯 锡 镀层 无 铅 器 件 时 ， 器 件 焊点 可 能 会 在 采 用有 铅焊 料 焊接 无 铅器 件形 成 的无 铅焊 点 的可 靠 该 ５ａ内 因 锡 须 的 生 长 而 短 路 失 效 ， ０ ０年 发 生 的 性及 验证 试验 的相 关 内容 。 ２０
１ 焊 点 的可 靠 性
足 、 度 曲线设 置 不 当等 问题 。就无铅 焊接 而 言 ， 温 再
流焊 工 艺 温度 曲线 的 优化 至 为 重要 ， 良的工艺 既 优
焊点 的可 靠性 定义 为 焊点 在规 定 的时 间和条 件 可保 证 形 成 高 可靠 性 的焊接 ， 可保 持尽 可 能 低 的 又 下， 完成规定功能而不失效 的能力 。 峰值 温度 。手 工 焊接 工艺 中 ， 键 问题是 焊接 温度 、 关 搪锡 与否 、 接 时间等 的控 制 ， 焊 手工 焊 的焊接参 数漂 移较 大 ， 人为 因素 占很 大 比重 ， 手 工焊接 在 局部返 但
无铅焊接和可靠性测试
2.4.5无铅可靠性常见测试项目 • 5、机械强度试验 • 主要检查焊点的机械强度，通常称为 pull/push试验。 • 严格来讲，这种试验不能归入可靠性测试 的项目。但如果强度试验前，经过时间、 条件方面的预处理，就属于可靠性测试的 项目。
2.4.6无铅可靠性常见测试项目
• 6、机械疲劳试验 这种试验主要应用在电路板上，通过施加交变 的载荷，验证焊点或者PCB的抗疲劳性能。
2.4 无铅可靠性测试的内容
• 涉及无铅的材料、工艺、产品，需要进行 规定时间和规定条件下、能否完成规定功 能的测试，均属于无铅可靠性测试的内容。
2.4.1无铅可靠性常见测试项目
• 1、元器件耐热性试验 主要验证元器件在经过无铅焊接较高温 度的工艺条件，封装的完好性。
2.4.2 无铅可靠性常见测试项目 • 2、元器件可焊性试验 主要验证元器件经过长期储存后引脚的可焊性。
• 由于合金组分大于3以后在冶金和研究方面 变的异常复杂，目前应用较多的合金系统 仍为二元或者三元，其中SnAgCu三元合金 占主导地位。
1.2.4 无铅材料的种类
• 下表是目前一些国际知名公司的应用
1.2.5 无铅材料方面的专利
Mitasubishi Alpha Nihon Senju Indium AT&T Hitachi MitsuiM&S IBM Matsushita 0 10 20 30 40 50
1.3.1 无铅材料的认证
• 和锡铅相同，无铅材料也需分别制造为焊膏paste、 焊棒bar、焊线wire来使用。
• 和锡铅相同，无铅材料也需要分别通过现有的各 种国际标准、国家标准、行业标准的测试认证。 这方面IPC、IEC、Bellcore等国际组织，GB、 BS、DIN、ASTM、JIS等国家标准，以及SJ、 YD、GJB、MIL等行业均有大量规定。 • 和锡铅不同，那么究竟不同在什么地方呢？
无铅焊点检验规范
机械性能检验标准
总结词
焊点的机械性能应满足一定的强度、韧性和耐久性要求。
详细描述
机械性能检验是评估无铅焊点质量的重要环节，主要测试焊点的抗拉强度、剪切 强度和疲劳寿命等指标。焊点的机械性能应满足产品使用过程中的负载要求，具 有一定的强度、韧性和耐久性，以确保电子产品的可靠性和稳定性。
化学性能检验标准
无铅焊点检验规范
目录
• 无铅焊点概述 • 无铅焊点检验标准 • 无铅焊点检验方法 • 无铅焊点检验流程 • 无铅焊点检验注意事项
01
无铅焊点概述
无铅焊点的定义
01
无铅焊点是指不含有铅元素的焊 点，主要由锡、银、铜等元素组 成，以替代传统的含铅焊点。
02
无铅焊点的出现是为了满足环保 要求，降低电子废弃物对环境的 污染。
结果记录与报告
总结词：完整性
详细描述：检验结果的记录与报告应完整、 准确、及时。结果记录应包括所有检验数据 、异常情况及处理措施等，以便对焊接质量 进行全面评估。报告应根据记录的数据进行 整理和分析，提出改进意见和建议，为后续
焊接工艺的优化提供依据。Βιβλιοθήκη 05无铅焊点检验注意事项
环境控制
温度
保持恒定的温度，避免温度波动对焊点检测的影 响。
仪器校准
1 2
校准周期
定期对检测仪器进行校准，确保其准确性和可靠 性。
校准方法
采用标准的校准方法，确保校准过程的准确性和 可重复性。
3
校准记录
对校准过程进行详细记录，以便后续追踪和审查。
人员培训与资质
培训计划
制定完善的培训计划，提高操作人员的技能和知识水 平。
资质要求
确保操作人员具备相应的资质和证书，符合国家和行 业标准要求。
无铅焊接可靠性试验方法
重熔 获得稳定结构
压应力 Cu6Sn5
Sn
获得Cu3Sn层,阻止Cu向Sn 的扩散,抑制Cu6Sn5的生长 Ni/Sn反应速度远低
Cu6Sn5 Cu3Sn
Cu上化学镀Ni
于Cu/Sn
试验方法
没有统一的标准 晶须发生机理不清，不能建立失效模型，加速系 数？试验时间过长
恒温试验 温湿度试验 温度冲击试验 基体金属原子向Sn层扩散产生内应力 Sn氧化层产生内应力 CTE差异产生内应力
废弃物
溶出铅
对人体的 影响 对生态系的 影响
被铅污染的地下 水
¾ ¾ ¾
美国的NCMS计划与NEMI计划 欧洲的IDEALS计划 RoHS法令 2006.7.1 日本的NEDO实用开发计划
日本电子封装协会制定的无铅化进程时间表
时间/年 1999 2001 2002 2003 2005 2007 事 项 首次采用无铅焊料进行批量生产 增加在产品中使用无铅焊料的比例 在新产品上优先使用无铅焊料 对新产品全部采用无铅焊料 含铅焊料仅用于个别用途 全部禁止电子产品中铅的使用
恒温恒湿试验
检查电路板和零件的耐蚀性 检查是否出现晶须
温度 湿度 通电 时间 60℃ 90～ 95%RH 额定电压 500小时或 1,000小时以上
结露循环试验
检查在基板面的结露后，焊接 区之间是否发生离子迁移
高温侧条件 低温侧条件 通电 反复次数 25℃、 90%RH 保持 20分钟 5℃、 60%RH 保持 20分钟 额定电压 100或 200次以上
-40 +0/-10°C to 85 +10/-0°C
偏压试验
检测方法
SEM 晶须长度,形状 晶须密度(250μm •~
无铅制程之可靠度检验手法与案例探讨(Dye-Pry)
(5). 立體顯微鏡下的錫球斷面
PWB Side
BGA Side
此為錫球與PWB端 的Pad間的斷面
PWB Side
BGA Side
錫球斷在此面, 此為 PWB端與Pad之間的 玻璃纖維
此為錫球與PWB端 間的Pad
注意對應。
1
23
A
W
3. 信息判讀
(1). 焊點斷裂位置分類
(2). 焊點斷裂大小分類
Type 0 = No cracks observed Type A = Crack size percentage between 1 – 25% Type B = Crack size percentage between 26 – 50% Type C = Crack size percentage between 51 – 75% Type D = Crack size percentage between 76 – 100%
小。
隨離中心的距離越遠, 應變也隨之增加, 到了較 外側則變成外側的錫球變形較大, 即在距中心最遠的 錫球所受應變最大, 最易破壞。因此, BGA四個角上 的錫球斷裂情況最嚴重。
熱膨脹系數(CTE)不匹配使焊點承受過大的應 力, 是造成BGA斷裂的主要原因之一。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
ADDAA
DADDA
BD
CDB
CD
DC
DC
D
EA
E
F
F
G
G
H
H
I
I
J
J
无铅焊接的质量和可靠性分析
无铅焊接的质量和可靠性分析无铅焊接是一种替代传统铅焊接的技术，在电子制造业中越来越受欢迎。
它被广泛应用于手机、计算机、汽车电子等领域，并在一定程度上改善了环境和健康安全问题。
本文将对无铅焊接的质量和可靠性进行分析。
首先，无铅焊接的质量主要取决于焊接接头的可靠性。
与传统的铅焊接相比，无铅焊接在焊接接头的物理性能上存在一些差异。
无铅焊料的熔点较高，焊接温度也相应提高，这可能导致焊接接头出现焊缺、毛刺和冷焊等问题。
因此，在无铅焊接的过程中，需要严格控制焊接的温度和时间，确保焊缝的完整性和连接的可靠性。
其次，无铅焊接的质量还与焊接材料的选择和焊接工艺的优化有关。
无铅焊料种类繁多，包括有机铅、无铅合金等。
正确选择合适的焊料是保证焊接质量的关键。
此外，优化的焊接工艺可以提高焊接接头的可靠性。
例如，合理调整焊接参数、采用预热和后热等措施可以减少焊接应力和应变，提高焊接质量。
关于无铅焊接的可靠性，一些研究已经针对其使用寿命和耐久性进行了分析。
无铅焊接与铅焊接相比，无铅焊接的接头强度和耐久性较差。
然而，通过合适的设计和工艺控制，可以提高焊接接头的可靠性。
例如，结构设计上的考虑、扬声器布置等可减少焊接接头的应力集中，增强接头的耐久性。
此外，研究者还发现适当增大焊料的量，以及利用辅助材料（如球墨铸铁）等措施可以增加焊接接头的寿命。
综上所述，无铅焊接的质量和可靠性与焊接接头的设计、焊接材料的选择和焊接工艺的优化密切相关。
通过合理控制焊接参数，采取适当的焊接工艺和辅助措施，可以有效提高无铅焊接的质量和可靠性。
然而，仍需要进一步研究和改进，以推动无铅焊接技术的发展和应用。
接着上文所述，下面将继续探讨无铅焊接的质量和可靠性的相关内容。
除了焊接接头的可靠性外，无铅焊接的质量还与焊接过程中产生的焊接缺陷有关。
无铅焊接常见的缺陷包括焊接裂纹、焊接虹吸缺陷和焊接气孔等。
这些缺陷可能导致焊接接头的破裂或失效，降低焊接质量和可靠性。
因此，在无铅焊接过程中，及时检测和修复焊接缺陷是保证焊接质量的重要步骤。
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无铅焊点可靠性测试方法
随着电子信息产业的日新月异，微细间距器件发展起来，组装密度越来越高，诞生了新型SMT、MCM技术，微电子器件中的焊点也越来越小，而其所承载的力学、电学和热力学负荷却越来越重，对可靠性要求日益提高。
电子封装中广泛采用的SMT封装技术及新型的芯片尺寸封装（CSP）、焊球阵列（BGA）等封装技术均要求通过焊点直接实现异材间电气及刚性机械连接（主要承受剪切应变），它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。
一个焊点的失效就有可能造成器件整体的失效，因此如何保证焊点的质量是一个重要问题。
传统铅锡焊料含铅，而铅及铅化合物属剧毒物质，长期使用含铅焊料会给人类健康和生活环境带来严重危害。
目前电子行业对无铅软钎焊的需求越来越迫切，已经对整个行业形成巨大冲击。
无铅焊料已经开始逐步取代有铅焊料，但无铅化技术由于焊料的差异和焊接工艺参数的调整，必不可少地会给焊点可靠性带来新的问题。
因此，无铅焊点的可靠性也越来越受到重视。
本文叙述焊点的失效模式以及影响无铅焊点可靠性的因素，同时对无铅焊点可靠性测试方法等方面做了介绍。
焊点的失效模式
焊点的可靠性实验工作，包括可靠性实验及分析，其目的一方面是评价、鉴定集成电路器件的可靠性水平，为整机可靠性设计提供参数；另一方面，就是要提高焊点的可靠性。
这就要求对失效产品作必要的分析，找出失效模式，分析失效原因，其目的是为了纠正和改进设计工艺、结构参数、焊接工艺等，焊点失效模式对于循环寿命的预测非常重要，是建立其数学模型的基础。
下面介绍3种失效模式。
1、焊接工艺引起的焊点失效
焊接工艺中的一些不利因素及随后进行的不适当的清洗工艺可能会导致焊点失效。
SMT 焊点可靠性问题主要来自于生产组装过程和服役过程。
在生产组装过程中，由于焊前准备、。